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变频器是怎样控制电机转速的

 

1. 电机(ji)的旋(xuan)转速度为什(shen)么(me)能够自由地(di)改变? 

电机旋转(zhuan)速度单(dan)位(wei):r/min   每(mei)分(fen)钟旋转(zhuan)次(ci)数,也(ye)可表(biao)示为rpm.  

例(li)如(ru):2极电机 50Hz 3000 [r/min]  ,4极电(dian)机 50Hz 1500 [r/min]  

结论:电机的旋(xuan)转速度同(tong)频率成比(bi)例  

感应式(shi)交(jiao)流电机(ji)(以后简称为(wei)电机(ji))的(de)旋转速度近似地确决(jue)于电机(ji)的(de)极(ji)数(shu)(shu)和(he)频率(lv)。由电机(ji)的(de)工作(zuo)原理决(jue)定(ding)电机(ji)的(de)极(ji)数(shu)(shu)是(shi)固定(ding)不(bu)变的(de)。由于该极(ji)数(shu)(shu)值不(bu)是(shi)一个(ge)连续的(de)数(shu)(shu)值(为(wei)2的(de)倍数(shu)(shu),例(li)如极(ji)数(shu)(shu)为(wei)2,4,6),所(suo)以一般不(bu)适(shi)和(he)通过改变该值来(lai)调整电机(ji)的(de)速度。另外(wai)(wai),频率能(neng)够在电(dian)机的(de)外(wai)(wai)面调节后再供(gong)给(ji)电(dian)机,这样电(dian)机的(de)旋转速(su)度就可(ke)以(yi)被自由的(de)控制。因此,以(yi)控制频率为目的的变频器,是(shi)做为电机调速设(she)备(bei)的优选设(she)备(bei)。  

n = 60f/p  

n: 同步速度  

f: 电源频(pin)率  

p: 电机极(ji)对(dui)数  

结论:改变频率(lv)和电(dian)压是最(zui)优的电(dian)机(ji)控制方(fang)法。

如果仅(jin)改(gai)变(bian)(bian)(bian)频率(lv)而不(bu)改(gai)变(bian)(bian)(bian)电(dian)(dian)压(ya),频率(lv)降低时会使电(dian)(dian)机出(chu)(chu)于过电(dian)(dian)压(ya)(过励磁(ci)),导(dao)致(zhi)电(dian)(dian)机可(ke)能(neng)被烧坏。因此变(bian)(bian)(bian)频器在(zai)改(gai)变(bian)(bian)(bian)频率(lv)的同时必须(xu)要同时改(gai)变(bian)(bian)(bian)电(dian)(dian)压(ya)。输出(chu)(chu)频率(lv)在(zai)额定频率(lv)以(yi)上(shang)时,电(dian)(dian)压(ya)却不(bu)可(ke)以(yi)继续增加(jia),最(zui)高只(zhi)能(neng)是(shi)等于电(dian)(dian)机的额定电(dian)(dian)压(ya)。例(li)如:为了使电机的(de)(de)旋(xuan)转速(su)度减半,把变频(pin)器(qi)的(de)(de)输出频(pin)率(lv)从(cong)50Hz改变到25Hz,这(zhei)时变频(pin)器(qi)的(de)(de)输出电压就需要从(cong)400V改变到约(yue)200V 。

 

2. 当电机(ji)的旋转速(su)度频率改变时,其(qi)输出(chu)转矩会怎(zen)样(yang)?  

变频(pin)器驱动(dong)(dong)时的(de)起动(dong)(dong)转矩(ju)和最大转矩(ju)要小于直接用(yong)工(gong)频(pin)电源驱动(dong)(dong),电(dian)(dian)(dian)机在工频(pin)(pin)电(dian)(dian)(dian)源供电(dian)(dian)(dian)时(shi)起动(dong)(dong)和(he)(he)加(jia)(jia)速(su)冲击很(hen)大,而当使用变(bian)频(pin)(pin)器(qi)供电(dian)(dian)(dian)时(shi),这(zhei)些(xie)冲击就(jiu)要弱(ruo)一些(xie)。工频(pin)(pin)直接(jie)起动(dong)(dong)会(hui)产生一个(ge)大的起动(dong)(dong)起动(dong)(dong)电(dian)(dian)(dian)流,而当使用变(bian)频(pin)(pin)器(qi)时(shi),变(bian)频(pin)(pin)器(qi)的输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压和(he)(he)频(pin)(pin)率是(shi)逐渐加(jia)(jia)到电(dian)(dian)(dian)机上的,所以(yi)电(dian)(dian)(dian)机起动(dong)(dong)电(dian)(dian)(dian)流和(he)(he)冲击要小些(xie)。通(tong)常,电机(ji)产(chan)生的转矩要(yao)随频(pin)(pin)率的减小(速(su)度(du)降低)而减小,减小的实际数据在有的变频(pin)(pin)器(qi)手册中会给出说明。通过使用(yong)磁通矢量控(kong)制的(de)变频器(qi),将改善电(dian)机低速时转矩的(de)不足,甚至在低速区(qu)电(dian)机也(ye)可输出足够的(de)转矩。  

 

3. 当变频(pin)器调速到大于50Hz频(pin)率时(shi),电机的输出(chu)转矩(ju)将降(jiang)低  

通(tong)常(chang)的(de)电(dian)机(ji)是(shi)按50Hz电(dian)压设计(ji)制造的(de),其额定转(zhuan)矩也是(shi)在(zai)这(zhei)个电(dian)压范围内给出(chu)的(de)。因此在(zai)额定频率之(zhi)下的(de)调速称(cheng)为恒转(zhuan)矩调速。 (T=Te, P<=Pe)  

变频器输出频率大于50Hz频率时,电机产(chan)生的转(zhuan)矩要以和频率成(cheng)反比的线(xian)性关系下降(jiang)。当电(dian)机以(yi)大(da)于50Hz频率速度运行时,电(dian)机负(fu)载的(de)大(da)小必须要(yao)给予考虑,以(yi)防止电(dian)机输出转矩(ju)的(de)不足。  

举例,电机在100Hz时(shi)产生的转矩大约要降低到50Hz时(shi)产生转矩的1/2。因(yin)此在额(e)定频(pin)率之上的调速称为恒功(gong)率调速。(P=Ue*Ie)  

 

4. 变(bian)频器50Hz以上的应(ying)用情(qing)况  

大家知道(dao), 对一个特定的(de)电机来说,其额定电压(ya)和额定电流是不变的(de)。如变(bian)频器和电机(ji)额定值都是(shi):15kW/380V/30A,电机(ji)可以工作在50Hz以上。当转速为50Hz时,变(bian)频器的(de)输出(chu)(chu)电压为380V,电流为30A。这时如果增大(da)输出(chu)(chu)频率到(dao)60Hz,变(bian)频器的(de)最大(da)输出(chu)(chu)电压电流还只能(neng)为380V/30A,很显然输出(chu)(chu)功(gong)率不变(bian),所以J9九游会AG 称之为恒功(gong)率调速。

这时的转矩情况怎样呢?  

因(yin)为P=wT (w:角速度,T:转矩(ju)). 因(yin)为P不变,w增(zeng)加了(le),所以转矩(ju)会(hui)相应(ying)减小。  

J9九游会AG 还可(ke)以(yi)再(zai)换一个角(jiao)度来看(kan):  

电机的定子(zi)电压 U = E + I*R (I为电流, R为电子(zi)电阻, E为感(gan)应电势(shi))  

可以看(kan)出, U、I不(bu)变(bian)时, E也不(bu)变(bian)。  

而E = k*f*X,(k:常数,f:频率, X:磁通), 所以(yi)当(dang)f由50-->60Hz时,X会相应减小  。

对于电机来说,T=K*I*X, (K:常数,I:电流,X:磁(ci)通), 因此转(zhuan)矩T会跟(gen)着磁(ci)通X减小而减小。 

同(tong)时(shi), 小(xiao)于50Hz时(shi), 由于I*R很(hen)小(xiao),所以U/f=E/f不变时(shi),磁通(tong)(X)为常数(shu), 转矩T和(he)电(dian)流(liu)成(cheng)正比。

这(zhei)也就是为什么通常用变频器的过流能力来(lai)描述其过载(转矩(ju))能力, 并称为恒转矩(ju)调速(额定电流不变-->最大转矩(ju)不变)  

结论:当变频(pin)器输(shu)出(chu)频(pin)率从50Hz以上增加时,电机(ji)的(de)输(shu)出(chu)转矩会减小。 

 

5. 其他(ta)和(he)输出转(zhuan)矩有关的(de)因素  

发热(re)和散热(re)能力(li)决定变频(pin)器的输(shu)出电流(liu)能力(li),从(cong)而影响变频(pin)器的输(shu)出转矩能力(li)。

载(zai)波频(pin)率: 一般变频(pin)器所标的(de)额定电流(liu)都是以最(zui)高(gao)载(zai)波频(pin)率, 最(zui)高(gao)环境(jing)温度下能(neng)保(bao)证持续输出的(de)数值。 降(jiang)低载(zai)波频(pin)率, 电机(ji)的(de)电流(liu)不会(hui)(hui)受到影响(xiang)。但元器件(jian)的(de)发热会(hui)(hui)减小。  

环(huan)境(jing)温(wen)度:就(jiu)象不会因(yin)为检测到周围(wei)温(wen)度比较低时就(jiu)增大变频器保护电流(liu)值(zhi)。 

海拔高度:海拔高度增(zeng)加(jia), 对散(san)热和(he)绝缘性(xing)能都有影响。一般(ban)1000m以(yi)(yi)下可以(yi)(yi)不(bu)考虑,以(yi)(yi)上每1000米降容5%就(jiu)可以(yi)(yi)了(le)。

 

2019年(nian)9月20日
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